架空式全户内变电站结构设计分析

韶关市擎能设计有限公司 孔德昊 中国内燃机工业协会 张凤香

架空式全户内变电站在电网工程的建设和运行中应用，由于其变电站的占地面积较小，再加上对周围环境的影响低等特征，使其在当前的城市电网建设与电力工程设计应用十分广泛。其中变电站结构设计作为变电站规划与建设中的重要内容，其设计质量和效果对变电站的安全运行以及电网工程的稳定供电支持都有着十分重要的作用和影响。

1 工程概况分析

某变电站建设项目的总占地面积约为0.50万m2，位于城市郊区，其中围墙内的占地面积约为0.31万m2，变电站建设地面的粗糙度属于B类，距离地面的高度约为10m。该变电站属于架空式全户内变电站，在具体规划设计中，对其50年一遇基本风压设计为0.6kN/m2，变电站结构的抗震等级根据我国建筑物抗震设计的有关规定以及我国地震动参数区域划分情况，将其抗震设防烈度设定为6度，而对其基本地震加速度值设计为0.05g，特征周期设计为0.35s。根据该变电站项目规划设计的勘察资料结果，该变电站建设地区的场地土为软弱土类型，其建筑场地类别属于Ⅲ类，场地地貌属于冲积平原地貌，不存在砂土层以及砂土液化情况。

2 架空式全户内变电站结构设计方案

由于该变电站项目的建设位于冲积平原区，施工地区的地面高程在3m左右，整体地势较为平坦，且根据该地区的水文地质条件与历史最高内洪水文资料，在进行该变电站选址的防洪等级设置中，将其按照50年一遇防洪标准设计洪水水位约为10.4m，对变电站站址的场地设计标高拟定为11m。此外，结合该变电站项目建设的岩土工程勘察资料，由于其施工场地为软弱土层，土体结构主要组成为素填土和淤泥质土等，且进行钻孔勘测显示其淤泥质土层的平均层厚达到7.2m，再加上对该变电站站址场地的标高设计与实际高程相差约8m，因此在进行该变电站的规划与设计中对变电站结构设计主要采用架空与填土方案[1]。

对上述两种方案进行综合对比发现，与架空方案相比，如采用填土方案进行变电站结构设计和应用主要存在以下较为突出的问题和不足：需进行填土施工的土层厚度较高，导致其工程量大，且填土施工的边坡面积也比较大，再加上需对新填土地基进行有效处理，造成其整体施工开展成本较高；由于变电站站址下覆软弱土层，导致进行填土施工中的工作难度也较高，再加上施工开展中易受天气等外部因素影响，可能会导致施工期被延误；采用填土方案会导致站址下覆软弱土层与上方填土层各自的相互作用，引起地基不均匀沉降发生，最终影响站址结构的安全性；填土施工中，会因土体的固结沉降所形成的联动作用对邻近河堤产生影响，造成河堤倾斜或是裂缝等问题发生，存在较大的危害影响，因此最终选择采用架空式全户内变电站结构形式（图1）。

图1 架空式全户内变电站

图2 户外场地设计与施工中所采用梁板

3 设计内容和要点分析

上述变电站的户外场地是采用裙楼结构通过伸缩缝使其和配电装置楼相互隔开，整个变电站的结构部分施工总占地面积约为0.32万m2，包含变电站主楼的占地面积约为0.12万m2，变电站内新建结构物包含配电装置楼以及消防水池、事故油池等。因此，在对该变电站结构设计的内容和要点分析中，应注意从配电装置楼及变电站主变压器室与电气设备室、户外场地、屋面构支架、事故油池、消防水池等设计上进行合理控制。

3.1 配电装置楼设计

上述变电站的配电装置楼为高度约为18.5m、建筑面积约为0.31万m2的4层建筑楼，其建筑内部主要配置有主变压器室、配电室、接地变室、GIS室、消防泵室、电容器室、蓄电池室等各种配电装置区，且在建筑楼内配备设置有两层的10t桥式起重机设施，整个建筑楼采用钢筋混凝土框架结构，其中两层设计为架空形式，高约为8m。该建筑楼的设计使用年限为50年，建筑安全等级设置为一级，抗震设防类别在乙类以上。

在对该变电站的配电装置楼设计和建设中，由于其建筑上部结构的刚度以及荷载较大，且建筑下部的架空层高度也较突出，易形成建筑结构的薄弱层，在各种作用因素影响下出现建筑结构受破坏情况。在具体设计中，一方面应注意增加建筑底部架空层的柱截面及建筑结构混凝土的强度等级，以满足其建筑结构的荷载要求与结构稳定性标准；另一方面则需加大、加密建筑架空层的柱箍筋，对其建筑结构柱的水平变形形成较好约束，提高其建筑结构柱的抗剪性能。此外还需在实际其设计中对上述配电装置楼增加电缆夹层设置，并有效降低其建筑结构柱的计算长度与水平位移，促进其建筑结构的整体性能与质量提升，满足该变电站配电装置楼的设计要求[2]。

3.2 主变压器与电气设备室设计

对上述变电站项目的主变压器与电气设备室设计中，根据其主变压器室地面与其他室内地面标高相比较高，以及主变压器的荷载较大等特点，需在主变压器的厚板基础角进行支撑柱设置，以避免局部刚度过大对主体结构产生影响；此外，对主变油坑则需采用梁板和变压器厚板以及建筑主体结构进行塑性连接，从而确保对主变压器室的设计效果。

在进行变电站的其他电气设备室设计中，对设备基础和电缆走线所需的结构板面下沉设计，需在设备基础与电缆管道预埋设计完成后使用轻质材料进行填充，以确保其平整性；对电气设备室安装所需的预埋件以及埋管、开孔等结构部位，均需在设计环节进行提前预留和设置，避免对变电站结构施工及其质量效果产生影响。

3.3 户外场地设计

户外场地设计主要采用钢筋混凝土框架梁柱进行托起，其柱网设置需根据变电站柱网进行整体排列设计，柱间距约控制为5m；在进行变电站户外场地的站内道路规划设计中，需进行消防车通道与主变运输车等荷载情况进行全面分析后设置；户外场地设计与施工中所采用的梁板厚度为200mm（图2），同时还需在围墙外的四周进行巡视通道挑板围设；对场地内的排水设计采用平坡式排水方式，使用强度等级为C20的素混凝土进行找坡施工，以满足其户外场地的排水需求。

3.4 屋面构支架设计

主要是针对变电站的配电装置楼设计要求进行的屋面构支架以及横梁设计。在具体设计中，需在构支架位置进行宽梁设置，以将其作为构支架的基础，同时在宽梁内进行地脚螺栓预埋，以为后期进行上部构支架安装提供便利。

3.5 消防水池设计

消防水池主要设置在变电站配电装置楼的消防泵室效放，以方便进行消防和给排水管道的有效连接。消防水池采用封闭式的现浇钢筋混凝土结构形式，并在中部延长度的方向进行3根等距离中柱设置，顶板采用框架梁板结构；此外，为避免水池结构刚度过大对变电站结构整体刚度产生影响，在具体设计中还对消防水池和变电站的配电装置楼进行分离设计，使其作为独立的个体在配电装置楼内部存在[3]。

3.6 事故油池设计

变电站的事故油池多会采用地埋式结构形式，对架空式的全户内变电站，其事故油池设计中则会根据实际情况将其建设在地面上，并需严格按照事故油池的防火间距设计等要求，对其具体位置进行合理分析和确定。本文将其设置在站区的右上角，整个事故油池的占地面积约为20.3m2，高为5m，油池容积设计为60m3，主要采用封闭式的现浇钢筋混凝土结构进行设计和施工，并在事故油池中设置一个检修孔，以便于后期维修和管理应用。此外，对变电站的事故油池和变电站配电装置楼结构之间呈相互独立设计状态，需要通过在户外场地设计中，根据其事故油池分布位置在对应的位置板上进行检修孔预留，从而对其设计开展与质量效果进行保证。

总之，架空式全户内变电站结构设计作为一种新型变电站结构形式，其在实践中的应用与研究开展相对较少，因此对架空式全户内变电站结构设计进行研究，以通过对其设计内容和要点的准确把握，为变电站结构设计的工程实践积累丰富的技术经验，从而促进其设计质量和水平不断提升，具有十分积极的作用和意义。